Хімія та обмін вуглеводів

1. Хімія та обмін вуглеводів

2. Функції вуглеводів

Енергетична
(при окисненні 1 г вуглеводів виділяється ≈ 16,9 кДж енергії)
Структурна
(в комплексі з білками і ліпідами вони входять до складу біомембран всіх
клітин)
Захисна
(кислі гетерополісахариди виконують роль біологічного мастильного
матеріалу, вистилаючи поверхні суглобів, які труться, слизової травних
шляхів, носу, бронхів, трахеї та ін.)
Входять до складу НК і коферментів
Утворюють змішані біополімери
(глікопротеїни слугують маркерами в процесах розпізнавання молекулами і
клітинами один одного, визначають антигенну специфічність,
обумовлюють відмінності груп крові, виконують рецепторну, каталітичну
та інші функції)

3.

ВУГЛЕВОДИ залежно від здатності до гідролізу ділять на:
Моносахариди
а) від кількості атомів Карбону в ланцюзі
- триози
- тетрози
- пентози
- гексози і т.д.
б) від функціональної групи
- альдози
- кетози
Олігосахариди
а) дисахариди
- відновлюючі
- невідновлюючі
б) трисахариди та ін.
Полісахариди
а) гомополісахариди
б) гетерополісахариди

4. Моносахариди

Моносахариди – похідні багатоатомних спиртів,
які містять карбонільну групу. В залежності від
положення в молекулі карбонільної групи
моносахариди ділять на альдози і кетози.
Альдози містять функціональну альдегідну групу —
НС=О, тоді як кетози містять кетонну групу >С=О.
Назва моносахариду залежить від кількості атомів
Карбону, наприклад альдотріози, кетотріози,
альдогексози, кетогексози і т.д.

5. Альдози і кетози

O
C
H
CH2OH
C
O
HO
C
H
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
CH2OH
Глюкоза (альдоза)
CH2OH
Фруктоза (кетоза)

6.

Моносахариди зображуються проекційними
формулами Фішера, тобто у вигляді проекції
тетраедричної моделі атомів Карбону на
площину креслення. Вуглецевий ланцюг в них
записується вертикально.
У альдоз зверху розташовують альдегідну
групу, у кетоз – сусідню з карбонільною
первинноспиртову групу. Атом Гідрогену і
гідроксильну групу біля асиметричного атому
Карбону розташовують на горизонтальній
прямій.

7. Ізомерія моносахаридів

Ізомерія моносахаридів обумовлена:
1) наявністю альдегідної або кетонної
групи;
2) наявністю асиметричних атомів
Карбону;
3) існуванням таутомерії.
Моносахариди, як і інші сполуки з
асиметричними атомами Карбону, існують у
вигляді двох оптичних ізомерів D- і L-форм.

8. Таутомерія – здатність речовин існувати в декількох формах, які переходять одна в одну і знаходяться в динамічній рівновазі.

Моносахариди в розчинах можуть утворювати
декілька просторових структур: лінійну –
вуглеводи з коротким вуглецевим ланцюгом, і
циклічну – з довгим вуглецевим ланцюгом.
Циклізація вуглеводів може відбуватися в сторону
утворення кільця піранозної або фуранозної
форм.

9.

H
O
OH
C
HO
C
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
O
CH2OH
α-D-глюкопіраноза
H
C
H
OH
HO
C
H
H
C
H
C
H
C
H
C
OH
HO
C
H
OH
H
C
OH
OH
H
C
CH2OH
D-глюкоза
O
CH2OH
β-D-глюкопіраноза

10.

Моносахариди, які мають циклічну форму, зручно
відображати перспективними формулами Хеуорса.
Вони представляють собою ідеалізовані п'яти- і
шестичленні цикли з атомом Оксигену в циклі, що
дає можливість бачити взаємне розташування всіх
замісників відносно площини кільця.
Для побудови формул Хеуорса необхідно в першу
чергу пронумерувати атоми Карбону моносахаридів
в проекції Фішера і повернути її направо так, щоб
ланцюг атомів Карбону зайняв горизонтальне
положення.

11.

H
C2
OH
HO
3
C
H
H
4
C
H
5
C
Вниз
Вниз
Наверх
1CHO
OH
O
H
Наверх
H
4
OH
6CH2 OH
O
5
H
OH
3
2
H
OH
1
H
H
OH
Глюкопiранозна
форма
6CH2OH
CHO
H
C
OH
HO
C
H
H
C
O
Вниз
H
C
OH
CH2OH
Вниз
Наверх
CH 2
OH
HO CH
OH
O
OH
H
H
OH
H
H
Наверх
Глюкофуранозна
форма
H

12. Дисахариди

Це складні вуглеводи, молекула яких
складається з двох (однакових або різних)
залишків моносахариду.
Дисахариди ділять на дві групи: відновлюючі
та невідновлюючі.

13. Невідновлюючі дисахариди (сахароза, трегалоза)

Це дисахариди, утворені в результаті виділення води
за рахунок напівацетальних гідроксилів обох
моносахаридних молекул.
Сахароза (буряковий або тростинний цукор),
міститься в цукровій тростині, цукровому буряці (до
28% від сухої речовини), соках рослин і плодах.
Молекула сахарози побудована з α, D- глюкопіранози
та β, D- фруктофуранози.
Трегалоза, або мікоза (грибний цукор) міститься в
багатьох грибах, в ріжках (хворобливих утвореннях
на
зернових
культурах,
що
визиваються
паразитарним грибком), а також у дріжджах.
Представляє
собою
α-D-глюкопіранозил-α-Dглюкопіранозид.

14. Відновлюючі дисахариди (мальтоза, целобіоза, лактоза)

Це дисахариди, утворені в результаті виділення води
за рахунок напівацетального гідроксилу однієї з
моносахаридних молекул і будь-якого зі спиртових
гідроксилів другої молекули (найчастіше біля 4-го
атому Карбону).
Мальтоза (солодовий цукор), є основним продуктом
розщеплення крохмалю, під дією ферменту β-амілази,
яка виділяється слинною залозою. Також міститься в
солоді, тобто пророщених, а потім висушених і
подрібнених зернах хлібних злаків, складається з
двох залишків α-глюкопіранози, які зв'язані
(1-4)-глікозидним зв'язком.

15.

Целобіоза утворюється при неповному
гідролізі полісахариду целюлози (клітковини).
Целобіоза побудована
з двох молекул
D-глюкози, які зв'язані між собою β(4-1)глікозидним зв'язком.
Лактоза (молочний цукор), міститься в молоці
(4-5%)
і
утворюється
в
сироварній
промисловості з молочної сироватки після
відокремлення сиру (звідси її назва молочний
цукор). Побудована з α-D-глюкози і β-Dгалактози, які зв'язані β(4-1)-глікозидним
зв'язком.

16. Дисахариди їжі

17. Дисахариди їжі

18. Полісахариди

Полісахариди – це складні вуглеводи, молекули
яких складаються з великої кількості моносахаридів
(більше 10).
За будовою полісахариди ділять на гомополісахариди і
гетерополісахариди.
Гомополісахариди (крохмаль, клітковина, глікоген) –
складні вуглеводи, в молекулі яких безліч
моносахаридних залишків одного виду.
Гетерополісахариди (хондроітинсульфатна кислота,
гіалуронова кислота, гепарин) – складні вуглеводи,
побудовані з багатьох різних залишків моносахаридів
та їх похідних.

19. Крохмаль

представляє собою суміш двох полісахаридів,
побудованих з α, D-глюкопіранозних ланок:
амілози (10-20%) і амілопектину (80-90%).
Крохмаль утворюється в рослинах в період
фотосинтезу та відкладається у вигляді "резервного"
вуглеводу в коренях, бульбах та зернах.
Крохмаль – це білий порошок, що складається з
дрібних зерен, не розчинний в холодній воді. При
обробці крохмалю теплою водою можна виділити дві
фракції: фракцію, яка розчинна в теплій воді та
складається з полісахариду амілози, і фракцію, що
лише набухає в теплій воді з утворенням клейстеру
та складається з полісахариду амілопектину.

20.

Амілоза:
CH2
OH
H
C
O
H
C
H
OH
H
C
C
C
H
OH
O
n
Амілопектин:
CH2OH
H
C
O
H
C
H
OH
H
C1
C
C
H
CH2OH
O
6
CH2
OH
O
H
H
C
O
H
H
OH
H
C
C
H
OH
H
C
C
C
C
C
H
OH
H
OH
H
C
C
O
O
n

21. Будова крохмалю

22. Глікоген

полісахарид, утворений залишками глюкози;
основний запасний вуглевод людини і тварин.
Глікоген (також іноді його називають тваринним
крохмалем, не дивлячись на неточність цього
терміну) є основною формою зберігання глюкози
в клітинах тварин. Відкладається у вигляді гранул
у цитоплазмі в багатьох типах клітин (головним
чином печінки та м'язів). Глікоген утворює
енергетичний резерв, який може бути швидко
мобілізовано, за необхідності відновити раптову
нестачу глюкози.

23.

24. Целюлоза (клітковина)

найбільш розповсюджений рослинний полісахарид.
Він має велику механічну міцність і виконує роль
опорного матеріалу рослин. Деревина містить
50-70% целюлози, бавовна представляє собою
майже чисту целюлозу.
Як і в крохмалю, структурною одиницею целюлози
є
D-глюкопіраноза,
ланки
якої
зв'язані
(1-4)-глікозидними зв'язками. Однак від крохмалю
целюлоза
відрізняється
β-конфігурацією
глікозидних зв'язків між циклами і строго лінійною
будовою.

25.

26.

27. Хітин

(фр. chitine, від грец. chiton: хітон - одяг,
шкіра, оболонка) – природна ссполука з
групи нітрогенвмісних полісахаридів.
Хімічна назва: полі-N-ацетил-D-глюкозо-2амін, полімер із залишків Nацетилглюкозаміну, зв'язаних між собою β(1,4)-глікозидними зв'язками.

28.

29.

Хітозан застосовують в якості корму для тварин, для
виготовлення продуктів харчування і косметики,
використовують в продуктах біомедицини, в
сільському господарстві та для захисту оточуючого
середовища. Хітозан зв'язує вільні радіонукліди і
виводить їх з організму людини.
Хітозан має антибактеріальні, протигрибкові та
антивірусні властивості.
На основі волокноутворюючої здатності хітину і
хітозану були створені хірургічні шовні матеріали, які
саморозсмоктуються. Їх використовують як замінники
кровоносних судин, катетерів, шлангів. Хітозанові
матеріали не викликають алергічних реакцій и не
втрачають своєї міцності.

30.

31. Інулін

(C6H10O5)n — органічна речовина з групи
полісахаридів, полімер D-фруктози.
Інулін — білий порошок, який легко розчиняється
в гарячій воді і важко в холодній. Молекулярна
маса 5000—6000. Має солодкий смак. При
гідролізі під дією кислот і ферменту інулази
утворює D-фруктозу та невелику кількість
глюкози.
Використовується як замінник крохмалю і цукру
при цукровому діабеті.

32.

33. Гетерополісахариди

Це складні вуглеводи, молекули яких
побудовані із залишків різних
моносахаридів, їх похідних та інших
сполук.

34. Гіалуронова кислота

Це гетерополісахарид, побудований із залишків молекул
глюкуронової та оцтової кислот, глюкозаміну. Структурною
одиницею вуглеводу є α-глюкуронідо-N-ацетилглюкозамін.

35.

Гіалуронова кислота є хімічною основою
склоподібного тіла ока, пупкового канатику,
синовії, блискучої оболонки яйцеклітини, капсул
деяких мікробів, її багато в клітинах деяких
пухлин. Розчини гіалуронової кислоти дуже
в'язкі.
В тканинах виконує роль сполуки, що «склеює,
цементує», слугує бар'єром, який оберігає клітини
від проникнення в них мікробів та отруйних
речовин, приймає участь в регуляції надходження
в клітини води та інших сполук, як поліелектроліт
регулює обмін іонів. Обмін гіалуронової
кислоти
порушується
при
багатьох
патологічних станах: мікседемі, ревматизмі,
бактеріальних інфекціях.

36.

37. Хондроітинсульфатна кислота

Є продуктом полімеризації
N-ацетилгалактозамінсульфату і глюкуронової
кислоти, з'єднаних між собою
β-1,3- і β-1,4-глікозидними зв'язками.

38.

Хондроітинсульфатна кислота – обов'язкова
складова частина хрящів (до 40% сухої
маси), кісток, основної речовини сполучної
тканини,
серцевих
клапанів,
стінок
кровоносних судин, шкіри та ін. В організмі
виконує опорні функції. Приймає участь в
обміні іонів і регуляції надходження
поживних речовин в клітини.

39.

40. Гепарин

Молекула цієї речовини утворена залишками
α-Д-глюкозаміну, глюкуронової та сульфатної
кислот.
COOH
CH2OSO 3H
H
O
H
OH
H
H
H
O
H
OH
H
NHSO 3H
H
O
H
O
H
OH
H
O
O
H
H
CH2SO 3H
OH
H
H
H
O
COOH
H
OH
H
O
H
NHCOCH 3
...
H
OSO 3H

41.

Гепарин – білий аморфний порошок, розчинний у
воді, стійкий до нагрівання. В організмі
виробляється тучними клітинами і частково
базофілами. Пригнічує утворення тромбокінази та
інактивує тромбін, зменшує вміст у крові
холестерину, знижує артеріальний тиск.
Багато гепарину міститься в тканинах печінки (до
100 мг на 1 кг маси), трохи менше – в тканинах
легень, селезінки, щитоподібної залози, м'язів.
Натрієва сіль гепарину застосовується як
антикоагулянт під час переливання крові і
тромбозах. З тканин легень і аорти виділено
гепаринсульфат.

42.

43. Переварювання вуглеводів у ротовій порожнині

44. Переварювання вуглеводів у кишечнику

У дванадцятипалій кишці рН середовища
шлункового вмісту нейтралізується, так як секрет
підшлункової залози має рН 7,5—8,0 і містить
бікарбонати (НСО3~). Разом із секретом
підшлункової залози в кишечник надходить
панкреатична
-амілаза.
Цей
фермент
гідролізує -1,4-глікозидні зв'язки в крохмалі і
декстринах.
Продукти переварювання крохмалю на цьому
етапі ‒ дисахарид мальтоза, що містить 2 залишки
глюкози, зв'язані -1,4-зв'язком.

45. Переварювання вуглеводів

А) крохмаль +НОН
декстрини
амілаза
глікоген(слюни,
панкреатична,
+НОН
амілаза
мальтоза
кишечна)
Б) мальтоза
+НОН
глюкоза
мальтаза
(слюни, панкреатична,
кишечна)
В) сахароза
Г) лактоза
+НОН
сахараза
(кишечна)
+НОН
лактаза
(кишечна)
кров
глюкоза
фруктоза
кров
глюкоза
галактоза
кров

46. Переварювання вуглеводів

47. Всмоктування моносахаридів у кишечнику

Транспорт моносахаридів у клітини слизової
оболонки кишечника може здійснюватися
різними способами: шляхом простої дифузії та
активного транспорту. У випадку активного
транспорту глюкоза і Na+ проходять через
мембрани з люмінальної сторони, зв'язуючись з
різними ділянками білка-переносника. При цьому
Na+ надходить у клітину за градієнтом
концентрації,
та
одночасно
глюкоза
транспортується проти градієнту концентрації.

48.

Всмоктування моносахаридів з
кишечника відбувається шляхом
простої дифузії за допомогою
спеціальних
білків-переносників
(транспортерів).
Окрім
того,
глюкоза
і
галактоза
транспортуються
в
ентероцит
шляхом
вторинно-активного
транспорту, який залежить від
градієнту концентрації іонів натрію.
Білки-транспортери, які залежать
від градієнту Na+, забезпечують
всмоктування глюкози з просвіту
кишечника в ентероцит проти
градієнту
концентрації.
Концентрація Na+, необхідна для
цього транспорту, забезпечується
Na+, К+-АТФ-азою, яка працює як
насос, відкачуючи з клітини Na+ в
обмін на К+. На відміну від
глюкози, фруктоза транспортується
системою, що не залежить від
градієнту натрію.

49. Переварювання вуглеводів у жуйних

бактер.
Клітковина + НОН
целюлаза
целобіоза + НОН
бактер.
целобіаза
леткі карбонові кислоти
глюкоза бродіння
енергія
для життєдіяльності
бактерій

50.

За добу утворюється 3 – 5 кг летких карбонових
кислот, серед яких:
Оцтова – 70 - 75%
Пропіонова – 15 - 20%
Масляна – 5 -10%
Молочна – 3 - 5%
Інші – 0,1- 1%

51. КОНЦЕНТРАЦІЯ ГЛЮКОЗИ В КРОВІ

ДРХ – 30-40 мг% (1,7 – 2,2 ммоль/л)
ВРХ – 60-80 мг% (3,3 – 4,4 ммоль/л)
Свині – 90-110 мг% (5,0 – 5,5 ммоль/л)
Людина – 80-120 мг% (4,4 – 6,7 ммоль/л)
Птиця – 180-230 мг% (9,9 – 12,8 ммоль/л)
Коні – 75-95 мг% (4,2 – 5,3 ммоль/л)

52. Шляхи використання глюкози в тканинах

Глюкоза
Синтез глiкогенy
(резерв глюкози в органiзмi)
Синтез жирy
Окиснення з метою
отримання енергії
Синтез замінних
амінокислот

53. Шляхи окиснення глюкози

І Анаеробне окиснення:
1. Гліколіз
2. Глікогеноліз
ІІ Аеробне окиснення:
1. Через цикл трикарбонових кислот (ЦТК)
2. Пентозо-фосфатний шлях
3. Глюкуронідний шлях

54. Основні шляхи використання вуглеводів

1. Синтез глікогену.
2. Окиснення
а) анаеробні − гліколіз і глікогеноліз
б) аеробні − через Ц.Т.К. , пентозний
шлях, глюкуронідний шлях
3. Синтез інших речовин

55. Реакції гліколізу

1.
H
H
O
O
C
C
H
C
OH
гексокіназа HO
C
H
OH
H
C
OH
OH
H
C
OH
H
C
OH
HO
C
H
H
C
H
C
CH2OH
+ АТФ
CH2O
+ АДФ
OH
P
O
OH
глюкоза
глюкозо-6-фосфат

56.

2.
H
O
CH2OH
C
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
CH2O
OH
P
O
глюкозо-6-фосфат
OH
C
O
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
CH2O
OH
P
O
фруктозо-6-фосфат OH
3.
OH
CH2OH
HO
C
O
C
H
CH2O
+ АТФ
H
C
OH
H
C
OH
CH2O
OH
P
O
фруктозо-6-фосфат OH
фосфофруктокіназа
C
O
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
CH2O
P
O
OH
+ АДФ
OH
P
O
фруктозо-1,6-дифосфат OH

57.

4.
OH
OH
CH2O
P
OH
C
O
HO
C
H
H
C
OH
H
C
C
альдолаза
P
OH
CH2
диоксиацетонфосфат
OH
O
C
3-фосфогліцериновий
альдегід
OH
OH
OH
P
H
O
O
O
H
OH
CH2O
CH2O
O
C
фруктозо-1,6-дифосфат OH
CH2O
P
O
OH
5.
CH2
C
P
OH
O
OH
O
CH2 OH
диоксиацетонфосфат
H
O
C
триозофосфатізомераза
H
C
CH2
OH
O
P
3-фосфогліцериновий
альдегід
OH
O
OH

58.

6.1.
H
OH
O
C
H
+ HS-фермент
C
OH
CH2O
OH
P
H
C
S фермент (НАД)
H
C
OH
O
CH2O
OH
3-фосфогліцериновий альдегід
OH
P
O
OH
фермент-субстратний комплекс
6.2.
OH
H
H
C
C
S фермент
OH
CH2O
OH
P
O
OH
O
C
S фермент
+ НАД+
H
C
+ НАДН + Н+
OH
CH2O
OH
P
O
OH

59.

6.3.
OH
O
C
S фермент
H
C
OH
CH2O
OH
P
+ Н3РО4
O
C
O
H
C
OH
O
OH
фермент-субстратний комплекс
CH2O
P
O
OH
OH
P
+ HS-фермент
O
OH
1,3-дифосфогліцеринова кислота (1,3-ДФГК)
7.
OH
O
C
O
H
C
OH
CH2O
P
O
OH
OH
P
COOH
+ АДФ
O
OH
1,3-дифосфогліцеринова кислота
+ Mg2+
H
C
OH
CH2O
OH
P
+ АТФ
O
OH
3-фосфогліцеринова кислота

60.

8.
COOH
H
C
COOH
OH
CH2O
OH
P
H
O
C
O
CH2OH
OH
3-фосфогліцеринова кислота (3-ФГК)
OH
P
O
OH
2-фосфогліцеринова кислота (2-ФГК)
9.
COOH
H
C
O
CH2OH
OH
P
O
OH
2-фосфогліцеринова кислота
COOH
- Н2О
C
O
OH
P
O
OH
CH2
фосфоенолпіровиноградна кислота

61.

10.
COOH
C
O
OH
P
O
COOH
+ АДФ
OH
CH2
фосфоенолпіровиноградна кислота
C
O
+ АТФ
CH3
піровиноградна кислота (ПВК)
11.
COOH
COOH
C
O
+ ЛДГ + НАДН + Н+
CH3
піровиноградна кислота (ПВК)
H
C
OH + НАД+
CH3
молочна кислота (лактат)

62. Анаеробний гліколіз

Анаеробним гліколізом називають процес розщеплення
глюкози з утворенням в якості кінцевого продукту
лактату. Цей процес відбувається без використання
кисню і тому не залежить від роботи мітохондріального
дихального ланцюга. АТФ утворюється за рахунок
реакцій субстратного фосфорилування. Сумарне
рівняння процесу:
С6Н12О6 + 2 Н3Р04 + 2 АДФ → 2 С3Н6О3 + 2 АТФ + 2 Н2О.

63. Глікогеноліз

OH
O
H
P
O
OH
C
(С6Н10О5)n + H3PO4
глікогенфосфорилаза
(С6Н10О5)n-1 +
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
O
CH2OH
глюкозо-1-фосфат

64. Енергетичний баланс гліколізу і глікогенолізу

Номер
реакції
Реакція
Зміни АТФ
на одну молекулу глюкози
Гліколіз
Глікогеноліз
1
Глюкоза→Глюкозо-6-фосфат
-1
-
3
Фруктозо-6-фосфат
→Фруктозо-1,6-дифосфат
-1
-1
7
2 молекули 1,3-дифосфогліцерату→
→2 молекули 3-фосфогліцерату
+2
+2
10
2 молекули фосфоєноілпірувату→
→2 молекули пірувату
+2
+2
2
молекули
АТФ
3
молекули
АТФ
Всього

65. Катаболізм глюкози

Окиснення глюкози до СО2 і Н2О (аеробний розпад).
Аеробний розпад глюкози можна виразити сумарним
рівнянням:
С6Н12О6 + 6О2 → 6 СО2 + 6Н2О + 2820 кДж/моль.
Цей процес включає декілька стадій.
1. Процес окиснення глюкози з утворенням двох молекул
пірувату;
2. Загальний шлях катаболізму, що включає перетворення
пірувату в ацетил-КоА, його подальше окиснення
(дегідрування) в цитратному циклі;
3. Перенесення протонів і електронів по дихальному ланцюгу
мітохондрій на кисень, утворення води і спряжений синтез
АТФ.

66. Етапи аеробного гліколізу

В аеробному гліколізі можна виділити 2 етапи.
1.
Підготовчий
етап,
в
ході
якого
глюкоза фосфорилується і розщеплюється
на дві молекули фосфотриоз. Ця серія
реакцій відбувається з використанням 2 молекул
АТФ.
2.
Етап, сполучений з синтезом АТФ. В
результаті цієї серії реакцій фосфотріози
перетворюються в піруват. Енергія, що
вивільнюється на цьому етапі, використовується
для синтезу 10 моль АТФ.

67. Центральним процесом катаболізму є цикл лимонної кислоти

Головна функція циклу лимонної кислоти окиснення ацетогрупи, яка включається в
цей цикл у формі молекул ацетил-КоА.
Процес цей носить циклічний характер,
оскільки ацетогрупа окиснюється не одразу,
а лише після того, як вона ковалентно
приєднується до більшої молекули оксалоацетату, яка регенерується після
кожного оберту циклу.

68.

Ц.Т.К. – послідовні перетворення ди- і
трикарбонових кислот, в ході яких оцтова
кислота, що включається в цей цикл
окиснюється до СО2 і Н2О з виділенням 12
АТФ/М окисненої кислоти.
Ц.Т.К. – універсальний заключний етап
окиснення вуглеводів, жирних кислот,
гліцерину, амінокислот.

69. Цикл лимонної кислоти (трикарбонових кислот, Кребса)

70. Загальна схема цитратного циклу

71.

Цикл Кребса складається з 8 послідовних
ферментативних реакцій:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Синтез лимонної кислоти або цитрату (фермент цитратсинтетаза);
Синтез ізоцитрату;
Синтез α-кетоглутарату (НАД-залежна дегідрогеназа);
Синтез сукциніл-КоА (НАД-залежна дегідрогеназа);
Синтез сукцинату (субстратне фосфорилування,
синтез ГТФ→АТФ);
Синтез фумарату (ФАД-залежна дегідрогеназа);
Синтез малату;
Синтез оксалоацетату (НАД-залежна дегідрогеназа).

72.

1.
COOH
CH3
C
COOH
O
C
O
+
S КоА
ацетил-КоА
CH2
+ Н2О
CH2
HO
C
COOH
+ HS-КоА
CH2
COOH
щавлево-оцтова
кислота
COOH
лимонна кислота
2.
HO
COOH
COOH
COOH
CH2
CH2
CH2
C
COOH
CH2
COOH
лимонна кислота
- Н2О
C
COOH
+ Н2О
CH
COOH
цис-аконітова кислота
H
C
COOH
H
C
OH
COOH
ізолимонна кислота

73.

3.
H
COOH
COOH
CH2
CH2
C
COOH
+ НАД+
- СО2
H
C
CH2
в дихальний ланцюг
C
OH
+ СО2 + НАДН + Н+
O
Н2О
COOH
COOH
ізолимонна кислота
4.
3АТФ
α-кетоглутарова кислота
COOH
CH2
CH2
C
COOH
+ НАД
+ ФАД
+ТПФ
+ HS-КоА
O
CH2
в дихальний ланцюг
CH2
ліпоєва кислота
O
COOH
α-кетоглутарова
кислота
+ СО2 + НАДН + Н+
C S КоА
сукциніл-КоА
Н2О
3АТФ

74.

COOH
5.
COOH
+ ГТФ + НS-КоА
CH2
+ ГДФ + Н3РО4
CH2
O
6.
CH2
CH2
C S КоА
сукциніл-КоА
АТФ + ГДФ (процес
перефосфорилування)
АДФ
COOH
янтарна (бурштинова)
кислота (сукцинат)
COOH
COOH
CH2
CH
+ ФАД
CH2
COOH
янтарна (бурштинова)
кислота
CH
+ ФАДН2
в дихальний ланцюг
Н2О
COOH
фумарова кислота
2 АТФ

75.

7.
COOH
COOH
CH
+ Н2О
CH
- Н2О
CH
OH
CH2
COOH
фумарова кислота
COOH
яблучна кислота
(малат)
8.
COOH
CH
COOH
OH
+ НАД
CH2
COOH
яблучна кислота
+
C
CH2
O
+ НАДН + Н+
в дихальний ланцюг
Н2О
COOH
щавлево-оцтова
кислота
3АТФ

76.

В результаті 1 витку циклу Кребса енергія
виділяється у вигляді тепла і
12 молекул АТФ
1 – за рахунок субстратного + 11 – за рахунок окисного
фосфорилування в дихальному ланцюзі:
3 НАД-залежні реакції х 3 АТФ = 9 АТФ
1 ФАД-залежна реакция х 2 АТФ = 2 АТФ.
Сумарно: 9 + 2 = 11 АТФ + 1 АТФ = 12 АТФ

77. Регуляція ЦТК

Алостерична регуляція – здійснюється за
рахунок 3 регуляторних ферментів:
цитратсинтази (інгібується АТФ і НАДН,
активується інсуліном),
ізоцитратдегідрогенази (інгібується АТФ і
НАДН),
сукцинатдегідрогенази (інгібується ЩОК,
активується Н3РО4).

78. Біологічна роль ЦТК:

1.
2.
3.
4.
Інтегративна – він є метаболічним колектором,
що об'єднує шляхи катаболізму вуглеводів,
ліпідів та білків.
Енергетична – в ході циклу утворюється 1
молекула АТФ на рівні субстрату.
Гідрогенгенеруюча
–
ЦТК
основний
постачальник Гідрогену для дихального
ланцюгу.
Амфіболічна – виконує подвійну функцію:
катаболічну (розпад ацетильних залишків) і
анаболічну (його субстрати використовуються
для синтезу інших речовин).

79.

Енергетична ефективність
аеробного окиснення глюкози
1М глюкози
38 АТФ
в тому числі:
А) гліколіз
2 МК + 2 АТФ
О
Б) 2 МК
2 ПВК + 6 АТФ
О
В)2 ПВК
2СН3СО.SКоА + 6 АТФ
ЦТК
Г) 2СН3СО.SКоА
Н2О + СО2 + 24 АТФ
38 АТФ
2
2

80. ПЕНТОЗОФОСФАТНИЙ ШЛЯХ ПЕРЕТВОРЕННЯ ГЛЮКОЗИ

Пентозофосфатний шлях, який називається також
гексомонофосфатним шунтом, слугує альтернативним
шляхом окиснення глюкозо-6-фосфату.
Пентозофосфатний шлях складається з 2 фаз (частин)
— окисної та неокисної.
В окисній фазі глюкозо-6-фосфат необернено
окиснюється в пентозу — рибулозо-5-фосфат, і
утворюється відновлений НАДФH.
В неокисній фазі рибулозо-5-фосфат обернено
перетворюється в рибозо-5-фосфат і метаболіти
гліколізу.

81.

Пентозофосфатний шлях забезпечує клітини рибозою
для синтезу пуринових та піримідинових нуклеотидів і
гідрованим
коферментом
НАДФH,
який
використовується у відновних процесах.
Сумарне
рівняння
пентозофосфатного
шляху
відображується наступним чином:
3 Глюкозо-6-фосфат + 6 НАДФ+→3 СО2 + 6 (НАДФH +
Н+) + 2 Фруктозо-6-фосфат + Гліцеральдегід-3-фосфат.
Ферменти пентозофосфатного шляху, як і ферменти
гліколізу, локалізовані в цитозолі.

82. Окисний етап

В окисній частині пентозофосфатного
шляху глюкозо-6-фосфат підлягає
окисному декарбоксилуванню, в
результаті якого утворюються пентози.
Цей етап складається з 2 реакцій
дегідрування.

83. Окисний етап пентозофосфатного шляху

84.

Реакції окисного етапу є основним джерелом
НАДФH в клітинах. Гідровані коферменти
забезпечують Гідрогеном біосинтетичні процеси,
окисно-відновні реакції, що забезпечують захист
клітин від активних форм кисню.
НАДФH як донор Гідрогену приймає участь в
анаболічних процесах, наприклад у синтезі
холестерину.
Це
джерело
відновлювальних
еквівалентів для цитохрому Р450, який каталізує
утворення гідроксильних груп під час синтезу
стероїдних гормонів, жовчних кислот, під час
катаболізму лікарських речовин та інших чужорідних
сполук.

85. Перетворення рибулозо-5-фосфату

CH2OH
CH2OH
H
C
O
C
O
C
O
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
H
C
OH
CH2O
P
ксилулозо-5-фосфат
OH
O
OH
OH
CH2O
P
O
OH
рибулозо-5-фосфат
OH
CH2O
P
O
OH
рибозо-5-фосфат

86. МЕТАБОЛІЗМ ГЛЮКУРОНОВОЇ КИСЛОТИ

Окрім гліколізу і пентозофосфатного шляху, що
забезпечують засвоєння глюкози, в організмі тварин є
незначний в кількісному плані, але важливий для
екскреції багатьох продуктів метаболізму процес
утворення глюкуронової кислоти з глюкози.
Глюкуронова кислота є попередником аскорбінової
кислоти (вітаміну С) у більшості видів тварин (за
винятком людини, мавп, морскої свинки)

87. Схема синтезу вітаміну С

H
O
CH2OH
C
H
C
OH
HO
C
H
OH
H
C
OH
OH
H
C
OH
H
C
OH
HO
C
H
H
C
H
C
CH2OH
H
O
COOH
гулонова
кислота
COOH
D-глюкуронова
кислота
O
H
C
OH
C
H
C
OH
C
O
O
C
кетогулонолактон
OH
C
H
H
C
OH
H
C
OH
O
C
гулонолактон
CH2OH
CH2OH
H
C
H
O
C
OH
C
H
C
OH
C
OH
O
C
аскорбінова кислота

88.

Біологічне значення глюкуронової кислоти
проявляється в тому, що вона здатна зв'язуватися з
певними ендогенними і екзогенними речовинами в
реакціях,
що
каталізуються
глюкуронідтрансферазою. Зокрема, зв'язування «глюкуронідів»
з кислотою приводить до утворення більш сильних
«кислих» продуктів, які є водорозчинними при
фізіологічному значенні рН, ніж попередники, і,
таким чином, можуть змінювати їх метаболізм,
транспорт, екскрецію.
Утворення комплексів глюкуронової кислоти є
важливим в ряді процесів, включаючи детоксикацію
медикаментів, екскрецію стероїдів, в метаболізмі
білірубіну.

89. Синтез глікогену (глікогенез)

Глюкоза + АТФ
гексокіназа
глюкозо-6-фосфат + АДФ
(фосфоглюкотрансфераза)
Глюкозо-6-фосфат фосфоглюкомутаза глюкозо-1-фосфат
Глюкозо-1-фосфат + УТФ
УДФ-глюкоза + Н4Р2О7
УДФ-глюкоза + (С6Н10О5)n глікоген"затравка" синтетаза
глікогену
УДФ + (С6Н10О5)n+1
глікоген

90. Функції глікогену в печінці і м'язах

91. Регуляція глікогенезу

Активує цей процес інсулін.
Інгібують цей процес:
глюкагон,
адреналін.

92. Глюконеогенез

це синтез глюкози з невуглеводних
метаболітів
(молочної
кислоти,
карбонових
кислот,
гліцерину,
залишків амінокислот), тобто тих, які
утворюються в результаті метаболізму
вуглеводів, ліпідів та білків.

93. Включення субстратів у глюконеогенез

94.

Цикл Корі (глюкозо-лактатний цикл).
1. Надходження лактату з м'язу, що скорочується, з током крові в
печінку;
2. Синтез глюкози з лактату в печінці;
3. Надходження глюкози з печінки з током крові до м'язу, що працює;
4. Використання глюкози як енергетичного субстрату м'язом, що
скорочується, і утворення лактату.

95.

Лактат, що утворився в м'язах, які інтенсивно
працюють або в клітинах з переважаючим
анаеробним шляхом катаболізму глюкози,
надходить в кров, а потім в печінку. В печінці
відношення НАДH/НАД+ нижче, ніж у м'язі,
що скорочується, тому лактат-дегідрогеназна
реакція відбувається у зворотному напрямку,
тобто в сторону утворення пірувату з лактату.
В подальшому піруват включається в
глюконеогенез, а утворена глюкоза надходить
в кров і поглинається скелетними м'язами.

96.

Цикл Корі виконує 2 важливі функції:
1 — забезпечує утилізацію лактату;
2 — запобігає накопиченню лактату і, як
наслідок цього, небезпечне зниження рН
(лактоацидоз). Частина пірувату, утвореного з
лактату, окиснюється печінкою до СО2 і Н2О.
Енергія окиснення може бути використана для
синтезу АТФ, необхідного для реакцій
глюконеогенезу.

97. Синтез глюкози з амінокислот

В умовах голодування частина білків м'язової
тканини розпадається до амінокислот, які далі
включаються
в
процес
катаболізму.
Амінокислоти, які в результаті катаболізму
перетворюються в піруват або метаболіти
цитратного циклу, можуть бути розглянуті як
потенціальні попередники глюкози і глікогену і
називаються
глікогенними.
Наприклад,
оксалоацетат, який утворився з аспарагінової
кислоти, є проміжним продуктом як цитратного
циклу, так і глюконеогенезу.

98. Синтез глюкози з гліцеролу

Гліцерол утворюється в результаті гідролізу триацилгліцеролів, головним чином в жировій тканині.
Використовувати його можуть тільки ті тканини, в
яких є фермент гліцеролкіназа, наприклад печінка,
нирки. Цей АТФ-залежний фермент каталізує
перетворення гліцеролу в α-гліцерофосфат (гліцерол3-фосфат). При включенні гліцерин-3-фосфату в
глюконеогенез відбувається його дегідрування НАДзалежною
дегідрогеназою
з
утворенням
дигідроксиацетонфосфату, який далі перетворюється
в глюкозу.

99. Гормони, регулятори рівня глюкози

а) гіпоглікемічної дії: інсулін
б) гіперглікемічної дії:
Основні:
адреналін – у всіх тканинах,
глюкагон – тільки в печінці.
А також: тироксин і
глюкокортикоїди.
через фосфорилазу

100. Регуляція рівня цукру в крові

Центр вуглеводного обміну гіпоталамусу
гіпофіз
АКТГ,ТТГ
Залози внутрішньої секреції
ГОРМОНИ
інсулін
адреналін
глюкагон
тироксин
глюкокортикоїд

101. Біохімічні функції інсуліну

Це головний анаболічний гормон.
Підвищує проникність клітин печінки,
нирок, жирової тканини та інших органів для
глюкози, амінокислот, іонів та інших
метаболітів.
Стимулює використання глюкози різними
метаболічними шляхами, в результаті чого
рівень її в крові зменшується (гіпоглікемічна
дія).

102.

Активує ключовий фермент обміну глюкози –
глюкокіназу (гексокіназу):
глюкоза + АТФ → глюкозо-6-фосфат + АДФ
Глюкозо-6-фосфат в залежності від потреби
організму може:
а) окиснюватися з метою отримання енергії
(~50%),
б) перетворюватися в жири (~30 – 40%),
в) накопичуватися в формі глікогену (~10%).

103. Гіпоглікемічна дія інсуліну

104. Гіпофункція по інсуліну

Захворювання цукровий діабет.
Основні його ознаки:
1) гіперглікемія;
2) глюкозурія;
3) кетонемія;
4) кетонурія;
5) ацидоз;
6) азотемія;
7) азотурія;
8) поліурія;
9) полідепсія (постійна спрага).

105. Біохімічна дія глюкокортикоїдів

Переважно діють на вуглеводний обмін.
Підвищують концентрацію глюкози в крові
(гіперглікемічна дія).
Активують процеси глюконеогенезу в
печінці.
Підсилюють розпад білків, вивільнення
амінокислот для глюконеогенезу.